Kỹ Thuật - Công Nghệ - Công Nghệ Thông Tin, it, phầm mềm, website, web, mobile app, trí tuệ nhân tạo, blockchain, AI, machine learning - Khoa học tự nhiên Tạp chí KHLN 12016 ( 4208 - 4217) : Viện KHLNVN - VAFS ISSN: 1859 - 0373 Đăng tải tại: www.vafs.gov.vn ỨNG DỤNG VIỄN THÁM LANDSAT ĐA THỜI GIAN VÀ GIS ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG DIỆN TÍCH RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN HUYỆN TIÊN YÊN, TỈNH QUẢNG NINH GIAI ĐOẠN 1994 - 2015 Nguyễn Hải Hòa Bộ môn Kỹ thuật môi trường, Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam Từ khóa: Biến động rừng, rừng ngập mặn ven biển, sử dụng đất, viễn thám, hệ thống thông tin địa lý TÓM TẮT Việc sử dụng ảnh viễn thám Landsat đa phổ để đánh giá biến động diệ n tích rừng ngập mặn ven biển với độ chính xác trên 83 một lần nữ a tái khẳng định việc sử dụng ảnh viễn thám Landsat để nghiên cứu biến độ ng tài nguyên rừng ngập mặn là phù hợp và có đ ộ tin cậy trong bối cả nh nguồn dữ liệu này sẵn có và miễn phí. Kết quả đánh giá biến động về diệ n tích rừng ngập mặn huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh cho thấy diện tích rừng tăng từ 3021.6ha năm 1994, lên 3544.8ha năm 2015, tăng thêm 523.2ha, đặc biệt trong giai đoạn 2003 - 2008 và 2010 - 2015 diện tích rừng ngập mặn tăng thêm lần lượt là 824.5ha (34,2) và 910.8ha (34,6), nhưng diện tích tăng lên chủ yếu là rừng trồng và chất lượng rừng chưa cao. Diện tích rừng ngập mặn tăng lên chủ yếu là do có các dự án trồng và phục hồi rừng ngập mặn phòng hộ ven biển qua nguồn vốn quốc tế tài trợ theo các chương trình trồng rừng ngập mặn của hội chữ thập đỏ, hoạt động phục hồi rừng ngập mặn của tổ chức ACMANG Nhật Bản. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, bài báo đã đề xuất một số giải pháp nhằ m nâng cao hiệu quả bảo vệ và phát triển rừng ngập mặn ven biển khu vự c nghiên cứu, gồm nhóm giải pháp về quản lý, nhóm giải pháp về công tác trồ ng rừng, giải pháp kỹ thuật và kinh tế xã hội. Keywords: Coastal mangroves, GIS, land use, mangrove changes, remote sensing. Application of multispectral landsat data and GIS to monitor changes in coastal mangroves in Tien Yen district, Quang Ninh province during 1994 - 2015 Using multispectral Landsat images to monitor the changes in coastal mangroves indicates that the accurracy of classified images is more than 83, this result therefore has reconfirmed that using Landsat images for quantifying changes in coastal mangroves is suitable and appropriate as they are freely available. The study shows that the extents of coastal mangroves have increased from 1994 to 2015, estimated at 523.2ha, in particular during the periods of 2003 - 2008 and 2010 - 2015, the extents of coastal mangroves have increased by 824.4ha (equivalent to 34.2) and 910.8ha (equivalent to 34.6). However, increased areas are mainly mangrove plantation with low quality as a result of mangrove plantation; mangrove rehabilitation and restoration programs from both international and national projects, namely Red Cross, ACMANG from Japan. Based on the findings, the paper suggests possible solutions for enhancing mangrove development and protection in study areas, namely enhancement of management schemes, suitable mangrove plantation approaches, socioeconomic and technical measures. 4208 Nguyễn Hải Hòa, 2016(1) Tạp chí KHLN 2016 I. ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghệ viễn thám là một trong những thành tựu khoa học không gian vũ trụ được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội ở nhiều nước trên thế giới. Tiềm năng ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đã giúp các nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách có những phương án lựa chọn mang tính chiến lược trong việc sử dụng, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường. Chính vì vậy, viễn thám và GIS được sử dụng như là một công cụ hiệu quả trong quản lý và giám sát tài nguyên rừng hiện nay. Để tăng cường công tác quản lý Nhà nước hiệu quả về hoạt động sử dụng đất thì việc xác định diện tích và mục đích sử dụng đất có ý nghĩa rất lớn, trong đó có xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất và trạng thái các lớp phủ. Hiện nay, có nhiều phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ lớp phủ ven biển trong đó phương pháp giải đoán ảnh viễn thám kết hợp với công nghệ GIS được xem là có hiệu quả cao trong xử lý thông tin, giám sát quá trình thay đổi, cập nhật thông tin, thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất và đánh giá biến động sử dụng đất ven biển. Tại huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh, công tác quy hoạch sử dụng đất ven biển là nhu cầu cấp thiết, một trong những khâu quan trọng của công tác này là đánh giá hiện trạng sử dụng đất mà phương tiện của nó là bản đồ. M ặc dù hàng năm đều có các báo cáo về hiện trạng và tình hình biến động rừng ngập mặn, các lớp phủ thực vật khác, nhưng hầu hết các báo cáo chủ yếu dựa trên việc đo vẽ, thành lập bản đồ bằng phương pháp truyền thống thô sơ, đó là một công việc phức tạp, mất nhiều công sức và đòi hỏi nhiều thời gian. Ngoài ra, việc xây dựng bản đồ rừng ngập mặn đòi hỏi nhanh về thời gian, chính xác và cập nhật về thông tin. Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng ảnh viễn thám kết hợp với hệ thống thông tin địa lý để xây dựng bộ bản đồ hiện trạng sẽ giúp cho việc đánh giá hiệu quả quản lý rừng ngập mặn ven biển đảm bảo tính hiện thời, đồng bộ, phục vụ quy hoạch bảo vệ hệ sinh thái ven biển là yêu cầu khách quan và cấp thiết được đặt ra tại khu vực nghiên cứu. Để góp phần giải quyết vấn đề trên, nghiên cứu này đã thực hiện với hai điểm chính. Một là, đánh giá hiện trạng và biến động lớp phủ rừng ngập mặn ven biển giai đoạn 1994 - 2015 . Hai là, trên cơ sở xác định nguyên nhân biến động lớp phủ rừng ngập mặn, nghiên cứu đánh giá hiệu quả của công tác quản lý, từ đó đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý rừng ngập mặn, sử dụng tài nguyên đất ven biển huyện Tiên Yên. II. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu là rừng ngập mặn ven biển phân bố tại xã Đồng Rui, xã Hải Lạng và xã Đông Ngũ, do khu vực này có diện tích rừng ngập mặn lớn nhất huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh. Đ ể đánh giá hiệu quả trồng rừng ngập mặn giai đoạn 1994 - 2015 và xác định nguyên nhân biến động, nghiên cứu đã sử dụng chuỗi ảnh viễn thám đa thời gian Landsat 5 (1994, 2008, 2009, 2010), Landsat 7 (2001) và Landsat 8 (2015) với độ phân giải 30 × 30m (Bảng 1). Bảng 1. Dữ liệu ảnh viễn thám Landsat được sử dụng trong nghiên cứu. Năm Mã ảnh Ngày chụp Độ phân giải (m) PathRow 1994 LT51260451994309BKT00 05111994 30 × 30 12645 2001 LE71260452001320SGS00 16112001 30 × 30 12645 2003 LT51260452003334BKT00 30112003 30 × 30 12645 2008 LT51260452008316BKT00 11112008 30 × 30 12645 2009 LT51260452009014BKT02 14012009 30 × 30 12645 2010 LT51260452010305BKT00 01112010 30 × 30 12645 2015 LC81260452015015LGN00 15012015 30 × 30 12645 Nguồn: http:glovis.usgs.com 4209 Tạp chí KHLN 2016 Nguyễn Hải Hòa, 2016(1) III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Phương pháp điều tra ngoại nghiệp Nghiên cứu đã tiến hành điều tra, lựa chọn các điểm kiểm tra (sampling sites) ngoài thực địa để đánh giá độ chính xác của phương pháp phân loại ảnh. Phương pháp ngẫu nhiên phân tầng được lựa chọn để xác định điểm cho các đối tượng trong toàn bộ khu vực nghiên cứu. Vị trí các điểm khảo sát được xác định tọa độ bằng thiết bị hệ thống định vị toàn cầu (GPSmap 78s). Kết quả có 300 điểm được điều tra ngoài thực địa với 4 lớp đối tượng khác nhau, gồm có rừng ngập mặn, đầm tôm, ruộng và đầm tôm. Nghiên cứu đã sử dụng 7 0 số điểm nghiên cứu ngoài thực địa cho mục đích phân loại và 30 số điểm sử dụng cho việc đánh giá độ chính xác của phương pháp phân loại. 3.2. Phương pháp xử lý và phân loại ảnh Quá trình xử lý và phân loại ảnh gồm 3 bước chính như sau (1) Thu thập dữ liệu ảnh và các bước tiền xử lý ảnh, phân tích, xử lý dữ liệu và tiến hành giải đoán ảnh; (2) Thành lập các bản đồ hiện trạng rừng các năm 1994, 2001, 2003, 2008, 2009, 2010 và năm 2015 bằng phương pháp phân loại không kiểm định (Unsupervised Classification) (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 2014; Hai - Hoa, N, 2014 ); (3) Thành lập bản đồ biến động diện tích rừng ngập mặn các giai đoạn 1994 - 2001, 2001 - 2003, 2003 - 2008, 2008 - 2009, 2009 - 2010, 2010 - 2015 (Sơ đồ 1). Để tiến hành xử lý và phân loại ảnh, nghiên cứu đã sử dụng phần mềm chuyên dụng ENVI 4.7 ArcGIS 10.1. Sơ đồ 1. Phương pháp phân loại rừng ngập mặn ven biển bằng dữ liệu ảnh Landsat (Hai - Hoa, N et al., 2013) Thu thập dữ liệu Dữ liệu ảnh LandsatĐiều tra thực địa Dữ liệu GIS, số liệu thống kê Xử lý ảnh Landsat Phân loại bằng phương pháp không kiểm định Đánh giá độ chính xác phương pháp phân loại Bản đồ hiện trạng từng năm Bản đồ biến động diện tích 4210 Nguyễn Hải Hòa, 2016(1) Tạp chí KHLN 2016 Kết quả của bước phân tích này là ảnh vệ tinh được phân ra nhiều nhóm đối tượng khác nhau, mỗi nhóm bao gồm một tập hợp các điểm có thuộc tính quang phổ tương đồng. Như vậy, nhóm đối tượng rừng ngập mặn cũng như các nhóm đối tượng khác (dân cư, mặt nước, cây trồng nông nghiệp, công nghiệp, đất chuyên dụng) sẽ được phân tách ra khỏi những nhóm còn lại. Ngoài ra, đề tài sử dụng kiến thức chuyên gia, dữ liệu ảnh Google Earth có độ phân giải cao với các năm ảnh có sẵn (2003, 2010, 2014 và 2015), bản đồ hiện trạng sử dụng đất khu vực nghiên cứu năm 1990, 2003 và 2009, kết hợp với kết quả phân loại để xác định nhóm đối tượng khu vực ven biển trên ảnh đã phân loại. IV. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1. Hiện trạng rừng ngập mặn huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh Hiện trạng diện tích rừng ngập mặn qua các năm nghiên cứu: Kết quả phân loại ảnh viễn thám Landsat đa thời gian được tổng hợp tại bảng 1. Bảng 1. Diện tích rừng ngập mặn giai đoạn từ 1994 - 2015 Năm 1994 2001 2003 2008 2009 2010 2015 Rừng ngập mặn 3021,6 3114,7 2413,5 3238 2795,3 2634,3 3544,8 Đối tượng khác 7929,7 7836,6 8537,8 7713,3 8156 8316,9 7172,6 Đối tượng khác bao gồm ruộng, khu vực dân cư, đầm tôm, nước. Hình 1a: Bản đồ hiện trạng phân bố rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu (dữ liệu ảnh Landsat 5 năm 1994). Hình 1b. Bản đồ hiện trạng phân bố rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu (dữ liệu ảnh Landsat 8 năm 2015). 4211 Tạp chí KHLN 2016 Nguyễn Hải Hòa, 2016(1) Qua bảng 1 cho thấy có sự khác biệt về diện tích giữa các năm nghiên cứu. Cụ thể từ năm 1994 di ện tích rừng ngập mặn là 3021.57ha đã tăng lên 3114.72ha vào năm 2001 (tăng thêm 93.1ha), nhưng giảm xuống 2413.53ha vào năm 2003 (giảm đi 701.19ha) chỉ trong vòng 2 năm. Từ năm 2003 đến năm 2008, diện tích rừng lại tăng lên 3238ha (tăng thêm 824.49ha), nh ưng đến năm 2010 diện tích rừng ngập mặn lại giảm xuống 2634.3ha (giảm 603.72ha) và tăng trở lại lên 3544.83ha (tăng thêm 910.53ha) vào năm 2015. Như vậy, có thể thấy từ năm 1994 đến năm 2015 tổng diện tích rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu thuộc ba xã tăng lên, nhưng không ổn định mà liên tục biến động mà nguyên nhân chủ yếu là công tác quản lý rừng ngập mặn vẫn còn nhiều khó khăn và thách thức tiềm ẩn, trong đó ý thức của người dân trong việc quản lý và bảo vệ rừng ngập mặn chưa được tốt. Do vậy, trong những năm tới nếu chính quyền địa phương không nhận thức rõ được ý nghĩa, giá trị và vai trò tầm quan trọng của rừng ngập mặn về môi trường sinh thái, kinh tế và xã hội đối với cộng đồng địa phương, không làm tốt công tác tuyên truyền vận động người dân tham gia bảo vệ rừng thì có thể diện tích rừng sẽ bị suy giảm như những năm trước. Đánh giá độ chính xác của bản đồ phân loại rừng ngập mặn Để đánh giá độ chính xác của bản đồ phân loại rừng ngập mặn, tác giả đã sử dụng hệ thống ô điểm điều tra ngoài thực địa được lựa chọn theo phương pháp ngẫu nhiên cho từng đối tượng. Kết quả được thể hiện ở bảng 2a, 2b, 2c và bảng 2d. Bảng 2a. Độ chính xác phân loại bản đồ rừng ngập mặn theo phương pháp phân loại không kiểm định cho ảnh Landsat 8 năm 2015 GPS Kết quả phân loại RNM Dân cư Đầm tôm Ruộng Số điểm Độ chính xác () Độ chính xác bình quân () Rừng ngập mặn (RNM) 55 4 1 0 60 91 92 Dân cư 1 32 2 1 36 89 Đầm tôm 1 0 35 0 36 97 Ruộng 2 1 0 33 36 91 Tổng số điểm được sử dụng để kiểm tra độ chính xác là 168 điểm. Đối với những năm trước thời điểm nghiên cứu ta tiến hành lấy tọa độ trên Google earth sau đó add vào bản đồ trên ArcMap 10.1 để đánh giá độ chính xác. Bảng 2b. Độ chính xác phân loại bản đồ rừng ngập mặn theo phương pháp phân loại không kiểm định cho ảnh Landsat 5 năm 2010 Google earth Kết quả phân loại RNM Đầm tôm Dân cư Ruộng Số điểm Độ chính xác () Độ chính xác bình quân () Rừng ngập mặn (RNM) 35 5 0 0 40 88 83 Đầm tôm 1 26 3 0 30 87 Dân cư 1 1 24 4 30 80 Ruộng 0 0 7 23 30 77 Tổng số điểm được sử dụng để kiểm tra độ chính xác là 130 điểm. 4212 Nguyễn Hải Hòa, 2016(1) Tạp chí KHLN 2016 Bảng 2c. Độ chính xác phân loại bản đồ rừng ngập mặn theo phương pháp phân loại không kiểm định cho ảnh Landsat 5 năm 2009 Google earth Kết quả phân loại RNM Đầm tôm Dân cư Ruộng Số điểm Độ chính xác () Độ chính xá...
Trang 1ỨNG DỤNG VIỄN THÁM LANDSAT ĐA THỜI GIAN
VÀ GIS ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG DIỆN TÍCH RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN HUYỆN TIÊN YÊN, TỈNH QUẢNG NINH GIAI ĐOẠN 1994 - 2015
Nguyễn Hải Hòa
Bộ môn Kỹ thuật môi trường, Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam
Từ khóa: Biến động rừng,
rừng ngập mặn ven biển,
sử dụng đất, viễn thám, hệ
thống thông tin địa lý
TÓM TẮT
Vi ệc sử dụng ảnh viễn thám Landsat đa phổ để đánh giá biến động diện tích r ừng ngập mặn ven biển với độ chính xác trên 83% một lần nữa tái
kh ẳng định việc sử dụng ảnh viễn thám Landsat để nghiên cứu biến động tài nguyên r ừng ngập mặn là phù hợp và có độ tin cậy trong bối cảnh ngu ồn dữ liệu này sẵn có và miễn phí Kết quả đánh giá biến động về diện tích r ừng ngập mặn huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh cho thấy diện tích rừng tăng từ 3021.6ha năm 1994, lên 3544.8ha năm 2015, tăng thêm 523.2ha, đặc biệt trong giai đoạn 2003 - 2008 và 2010 - 2015 diện tích rừng ngập mặn tăng thêm lần lượt là 824.5ha (34,2%) và 910.8ha (34,6%), nhưng diện tích tăng lên chủ yếu là rừng trồng và chất lượng rừng chưa cao Diện tích rừng ngập mặn tăng lên chủ yếu là do có các dự án trồng và phục hồi rừng ngập mặn phòng hộ ven biển qua nguồn vốn quốc tế tài trợ theo các chương trình trồng rừng ngập mặn của hội chữ thập đỏ, hoạt động phục hồi rừng ngập mặn của tổ chức ACMANG Nhật Bản Trên cơ
s ở kết quả nghiên cứu, bài báo đã đề xuất một số giải pháp nhằm nâng cao
hi ệu quả bảo vệ và phát triển rừng ngập mặn ven biển khu vực nghiên
c ứu, gồm nhóm giải pháp về quản lý, nhóm giải pháp về công tác trồng
r ừng, giải pháp kỹ thuật và kinh tế xã hội
Keywords: Coastal
mangroves, GIS, land use,
mangrove changes, remote
sensing
Application of multispectral landsat data and GIS to monitor changes
in coastal mangroves in Tien Yen district, Quang Ninh province during 1994 - 2015
Using multispectral Landsat images to monitor the changes in coastal mangroves indicates that the accurracy of classified images is more than 83%, this result therefore has reconfirmed that using Landsat images for quantifying changes in coastal mangroves is suitable and appropriate as they are freely available The study shows that the extents of coastal mangroves have increased from 1994 to 2015, estimated at 523.2ha, in particular during the periods of 2003 - 2008 and 2010 - 2015, the extents
of coastal mangroves have increased by 824.4ha (equivalent to 34.2%) and 910.8ha (equivalent to 34.6%) However, increased areas are mainly mangrove plantation with low quality as a result of mangrove plantation; mangrove rehabilitation and restoration programs from both international and national projects, namely Red Cross, ACMANG from Japan Based
on the findings, the paper suggests possible solutions for enhancing mangrove development and protection in study areas, namely enhancement of management schemes, suitable mangrove plantation approaches, socioeconomic and technical measures
Trang 2I ĐẶT VẤN ĐỀ
Công nghệ viễn thám là một trong những
thành tựu khoa học không gian vũ trụ được áp
dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế xã
hội ở nhiều nước trên thế giới Tiềm năng ứng
dụng công nghệ viễn thám và GIS đã giúp các
nhà khoa học và các nhà hoạch định chính
sách có những phương án lựa chọn mang tính
chiến lược trong việc sử dụng, quản lý tài
nguyên thiên nhiên và môi trường Chính vì
vậy, viễn thám và GIS được sử dụng như là
một công cụ hiệu quả trong quản lý và giám
sát tài nguyên rừng hiện nay
Để tăng cường công tác quản lý Nhà nước hiệu
quả về hoạt động sử dụng đất thì việc xác định
diện tích và mục đích sử dụng đất có ý nghĩa
rất lớn, trong đó có xây dựng bản đồ hiện trạng
sử dụng đất và trạng thái các lớp phủ Hiện
nay, có nhiều phương pháp thành lập bản đồ
hiện trạng sử dụng đất, bản đồ lớp phủ ven
biển trong đó phương pháp giải đoán ảnh viễn
thám kết hợp với công nghệ GIS được xem là
có hiệu quả cao trong xử lý thông tin, giám sát
quá trình thay đổi, cập nhật thông tin, thành
lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất và đánh giá
biến động sử dụng đất ven biển Tại huyện
Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh, công tác quy
hoạch sử dụng đất ven biển là nhu cầu cấp
thiết, một trong những khâu quan trọng của
công tác này là đánh giá hiện trạng sử dụng đất
mà phương tiện của nó là bản đồ Mặc dù hàng
năm đều có các báo cáo về hiện trạng và tình
hình biến động rừng ngập mặn, các lớp phủ
thực vật khác, nhưng hầu hết các báo cáo chủ
yếu dựa trên việc đo vẽ, thành lập bản đồ bằng
phương pháp truyền thống thô sơ, đó là một công việc phức tạp, mất nhiều công sức và đòi hỏi nhiều thời gian Ngoài ra, việc xây dựng bản đồ rừng ngập mặn đòi hỏi nhanh về thời gian, chính xác và cập nhật về thông tin Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng ảnh viễn thám kết hợp với hệ thống thông tin địa lý để xây dựng bộ bản đồ hiện trạng sẽ giúp cho việc đánh giá hiệu quả quản lý rừng ngập mặn ven biển đảm bảo tính hiện thời, đồng bộ, phục vụ quy hoạch bảo vệ hệ sinh thái ven biển là yêu cầu khách quan và cấp thiết được đặt ra tại khu vực nghiên cứu Để góp phần giải quyết vấn
đề trên, nghiên cứu này đã thực hiện với hai điểm chính Một là, đánh giá hiện trạng và biến động lớp phủ rừng ngập mặn ven biển giai đoạn 1994 - 2015 Hai là, trên cơ sở xác định nguyên nhân biến động lớp phủ rừng ngập mặn, nghiên cứu đánh giá hiệu quả của công tác quản lý, từ đó đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý rừng ngập mặn, sử dụng tài nguyên đất ven biển huyện Tiên Yên
II ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu là rừng ngập mặn ven biển phân bố tại xã Đồng Rui, xã Hải Lạng và
xã Đông Ngũ, do khu vực này có diện tích rừng ngập mặn lớn nhất huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh Để đánh giá hiệu quả trồng rừng ngập mặn giai đoạn 1994 - 2015 và xác định nguyên nhân biến động, nghiên cứu đã sử dụng chuỗi ảnh viễn thám đa thời gian Landsat 5 (1994,
2008, 2009, 2010), Landsat 7 (2001) và Landsat
8 (2015) với độ phân giải 30 × 30m (Bảng 1)
Bảng 1 Dữ liệu ảnh viễn thám Landsat được sử dụng trong nghiên cứu
Năm Mã ảnh Ngày chụp Độ phân giải (m) Path/Row
Nguồn: http://glovis.usgs.com
Trang 3III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Phương pháp điều tra ngoại nghiệp
Nghiên cứu đã tiến hành điều tra, lựa chọn các
điểm kiểm tra (sampling sites) ngoài thực địa
để đánh giá độ chính xác của phương pháp
phân loại ảnh Phương pháp ngẫu nhiên phân
tầng được lựa chọn để xác định điểm cho các
đối tượng trong toàn bộ khu vực nghiên cứu
Vị trí các điểm khảo sát được xác định tọa độ
bằng thiết bị hệ thống định vị toàn cầu
(GPSmap 78s) Kết quả có 300 điểm được
điều tra ngoài thực địa với 4 lớp đối tượng
khác nhau, gồm có rừng ngập mặn, đầm tôm,
ruộng và đầm tôm Nghiên cứu đã sử dụng
70% số điểm nghiên cứu ngoài thực địa cho
mục đích phân loại và 30% số điểm sử dụng
cho việc đánh giá độ chính xác của phương
pháp phân loại
3.2 Phương pháp xử lý và phân loại ảnh
Quá trình xử lý và phân loại ảnh gồm 3 bước chính như sau (1) Thu thập dữ liệu ảnh và các bước tiền xử lý ảnh, phân tích, xử lý dữ liệu và tiến hành giải đoán ảnh; (2) Thành lập các bản
đồ hiện trạng rừng các năm 1994, 2001, 2003,
2008, 2009, 2010 và năm 2015 bằng phương pháp phân loại không kiểm định (Unsupervised Classification) (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 2014; Hai - Hoa, N, 2014); (3) Thành lập bản đồ biến động diện tích rừng ngập mặn các giai đoạn 1994 -
2001, 2001 - 2003, 2003 - 2008, 2008 - 2009,
2009 - 2010, 2010 - 2015 (Sơ đồ 1) Để tiến hành xử lý và phân loại ảnh, nghiên cứu đã sử dụng phần mềm chuyên dụng ENVI 4.7 & ArcGIS 10.1
Sơ đồ 1 Phương pháp phân loại rừng ngập mặn ven biển bằng dữ liệu ảnh Landsat
(Hai - Hoa, N et al., 2013)
Thu thập dữ liệu
Dữ liệu ảnh Landsat Điều tra thực địa Dữ liệu GIS, số liệu thống kê
X ử lý ảnh Landsat
Phân loại bằng phương pháp không kiểm định
Đánh giá độ chính xác phương pháp phân loại
Bản đồ hiện trạng từng năm
Bản đồ biến động diện tích
Trang 4Kết quả của bước phân tích này là ảnh vệ tinh
được phân ra nhiều nhóm đối tượng khác
nhau, mỗi nhóm bao gồm một tập hợp các
điểm có thuộc tính quang phổ tương đồng
Như vậy, nhóm đối tượng rừng ngập mặn cũng
như các nhóm đối tượng khác (dân cư, mặt
nước, cây trồng nông nghiệp, công nghiệp, đất
chuyên dụng) sẽ được phân tách ra khỏi những
nhóm còn lại Ngoài ra, đề tài sử dụng kiến
thức chuyên gia, dữ liệu ảnh Google Earth có
độ phân giải cao với các năm ảnh có sẵn
(2003, 2010, 2014 và 2015), bản đồ hiện trạng
sử dụng đất khu vực nghiên cứu năm 1990,
2003 và 2009, kết hợp với kết quả phân loại để xác định nhóm đối tượng khu vực ven biển trên ảnh đã phân loại
IV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
4.1 Hiện trạng rừng ngập mặn huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh
Hiện trạng diện tích rừng ngập mặn qua các năm nghiên cứu:
Kết quả phân loại ảnh viễn thám Landsat đa
thời gian được tổng hợp tại bảng 1
Bảng 1 Diện tích rừng ngập mặn giai đoạn từ 1994 - 2015 Năm 1994 2001 2003 2008 2009 2010 2015
Rừng ngập mặn 3021,6 3114,7 2413,5 3238 2795,3 2634,3 3544,8 Đối tượng khác 7929,7 7836,6 8537,8 7713,3 8156 8316,9 7172,6
Đối tượng khác bao gồm ruộng, khu vực dân cư, đầm tôm, nước
Hình 1a: Bản đồ hiện trạng phân bố
rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu
(dữ liệu ảnh Landsat 5 năm 1994)
Hình 1b Bản đồ hiện trạng phân bố rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu (dữ liệu ảnh Landsat 8 năm 2015)
Trang 5Qua bảng 1 cho thấy có sự khác biệt về diện
tích giữa các năm nghiên cứu Cụ thể từ năm
1994 diện tích rừng ngập mặn là 3021.57ha đã
tăng lên 3114.72ha vào năm 2001 (tăng thêm
93.1ha), nhưng giảm xuống 2413.53ha vào
năm 2003 (giảm đi 701.19ha) chỉ trong vòng 2
năm Từ năm 2003 đến năm 2008, diện tích
rừng lại tăng lên 3238ha (tăng thêm 824.49ha),
nhưng đến năm 2010 diện tích rừng ngập mặn
lại giảm xuống 2634.3ha (giảm 603.72ha) và
tăng trở lại lên 3544.83ha (tăng thêm
910.53ha) vào năm 2015 Như vậy, có thể thấy
từ năm 1994 đến năm 2015 tổng diện tích rừng
ngập mặn khu vực nghiên cứu thuộc ba xã
tăng lên, nhưng không ổn định mà liên tục
biến động mà nguyên nhân chủ yếu là công tác
quản lý rừng ngập mặn vẫn còn nhiều khó
khăn và thách thức tiềm ẩn, trong đó ý thức
của người dân trong việc quản lý và bảo vệ
rừng ngập mặn chưa được tốt Do vậy, trong những năm tới nếu chính quyền địa phương không nhận thức rõ được ý nghĩa, giá trị và vai trò tầm quan trọng của rừng ngập mặn về môi trường sinh thái, kinh tế và xã hội đối với cộng đồng địa phương, không làm tốt công tác tuyên truyền vận động người dân tham gia bảo
vệ rừng thì có thể diện tích rừng sẽ bị suy giảm như những năm trước
Đánh giá độ chính xác của bản đồ phân loại rừng ngập mặn
Để đánh giá độ chính xác của bản đồ phân loại rừng ngập mặn, tác giả đã sử dụng hệ thống ô điểm điều tra ngoài thực địa được lựa chọn theo phương pháp ngẫu nhiên cho từng đối tượng Kết quả được thể hiện ở bảng 2a, 2b, 2c và bảng 2d
Bảng 2a Độ chính xác phân loại bản đồ rừng ngập mặn
theo phương pháp phân loại không kiểm định cho ảnh Landsat 8 năm 2015
GPS Kết quả phân loại RNM Dân cư Đầm tôm Ruộng điểm Số Độ chính xác (%) bình quân (%) Độ chính xác
92
Tổng số điểm được sử dụng để kiểm tra độ chính xác là 168 điểm
Đối với những năm trước thời điểm nghiên cứu ta tiến hành lấy tọa độ trên Google earth sau
đó add vào bản đồ trên ArcMap 10.1 để đánh giá độ chính xác
Bảng 2b Độ chính xác phân loại bản đồ rừng ngập mặn
theo phương pháp phân loại không kiểm định cho ảnh Landsat 5 năm 2010
Google earth Kết quả phân loại RNM Đầm tôm Dân cư Ruộng điểm Số Độ chính xác (%) Độ chính xác
bình quân (%)
83
Tổng số điểm được sử dụng để kiểm tra độ chính xác là 130 điểm
Trang 6Bảng 2c Độ chính xác phân loại bản đồ rừng ngập mặn
theo phương pháp phân loại không kiểm định cho ảnh Landsat 5 năm 2009
Google earth
Kết quả phân loại RNM
Đầm tôm Dân cư Ruộng Số điểm Độ chính (%) xác bình quân (%) Độ chính xác
89
Tổng số điểm được sử dụng để kiểm tra độ chính xác là 130 điểm
Bảng 2d: Độ chính xác phân loại bản đồ rừng ngập mặn
theo phương pháp phân loại không kiểm định cho ảnh Landsat 5 năm 2003
Google earth
Kết quả phân loại RNM
Đầm tôm Dân cư Ruộng Số điểm Độ chính xác (%) bình quân (%) Độ chính xác
91
Tổng số điểm được sử dụng để kiểm tra độ chính xác là 130 điểm
Qua bảng đánh giá độ chính xác phương
pháp phân loại ảnh Landsat trong các năm
nghiên cứu cho thấy kết quả xây dựng bản đồ
phân bố rừng ngập mặn qua các năm có độ tin
cậy cao Độ chính xác của bản đồ hiện trạng
rừng ngập mặn có sự khác biệt qua các năm,
cao nhất là năm 2015, tiếp đến là năm 2003,
2009 và thấp nhất là năm 2010 Sự khác nhau
này là do bản đồ năm 2015 được xây dựng dựa
trên kết quả thu thập số liệu ngoài thực địa và
giải đoán ảnh vệ tinh với chất lượng hình ảnh
rõ nét nên khá dễ dàng trong việc xây dựng
bản đồ với độ chính xác cao
Kết quả đánh giá độ chính xác của bản đồ
năm 2003 và 2009 có độ chính xác cao, thấp
hơn năm 2015 do nghiên cứu không thể tiến
hành đi thu thập số liệu của những năm này,
nghiên cứu đã sử dụng hình ảnh trên Google
earth, có chất lượng hình ảnh rõ nét bằng cách
quay ngược thời gian về năm 2003 và 2009 để tiến hành giải đoán và đánh giá độ chính xác Bản đồ năm 2010 có độ chính xác thấp nhất vì không thể thu thập số liệu ngoài thực tế, cũng không thể quay ngược thời gian trên Google earth về năm 2010, mà chỉ có thể giải đoán ảnh dựa trên hình ảnh Google earth năm 2009 nên có sự sai lệch
4 2 Biến động diện tích rừng ngập mặn huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh
Kết quả tổng hợp tại bảng 3, nghiên cứu đưa ra một số nhận xét sau:
Giai đoạn 1994 - 2001: Diện tích rừng
ngập mặn tăng thêm 93,1ha trong giai đoạn này do ở đây thực hiện chính sách giao đất rừng ngập mặn cho người dân quản lý, phần nào đã khuyến khích người dân tham gia trồng thêm rừng ngập mặn
Trang 7Bảng 3 Biến động diện tích rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu (ha)
Đối tượng Năm/giai đoạn
Rừng ngập mặn Đối tượng khác
Đối tượng khác bao gồm ruộng, khu vực dân cư, đầm tôm, nước
Giai đoạn 2001 - 2003: Ở giai đoạn này chứng
kiến có sự giảm mạnh về diện tích rừng ngập
mặn (giảm đi 701,2ha, tương đương 22,5%),
phần lớn diện tích rừng ngập mặn được
chuyển sang đầm nuôi tôm Ví dụ ở khu vực
Đồng Rui sau khi diện tích rừng ngập mặn
được giao cho người dân, rừng ngập mặn bị
chuyển đổi thành các đầm nuôi tôm, cây rừng
nằm trong diện tích của đầm tôm bị chết hàng
loạt do thiếu chế độ thủy triều, nguồn đất,
nước bị ô nhiễm nặng, dẫn tới năng suất tôm
giảm mạnh và nhiều diện tích nuôi tôm bị bỏ
hoang sau đó
Giai đoạn 2003 - 2008: Nhờ những nỗ lực
trong công tác quản lý mà diện tích rừng ngập
mặn được trồng thêm là 824,5ha
Giai đoạn 2009 - 2010: Ở giai đoạn này, diện
tích rừng ngập mặn giảm xuống (giảm đi
161,0ha) mà nguyên nhân chủ yếu là do người
dân sau khi được giao rừng lại chỉ quan tâm
đến lợi ích kinh tế, nên người dân địa phương
đã phá rừng đắp đầm, khai thác các cây trong
rừng ngập mặn làm củi đun, đẽo vỏ cây để
nhuộm lưới chài, nuôi hải sản
Giai đoạn 2010 - 2015: Giai đoạn này chứng
kiến sự gia tăng diện tích rừng ngập mặn đáng
kể (tăng thêm 910,8ha), bởi nhận thức được tầm quan trọng cũng như các giá trị của rừng ngập mặn mang lại, chính quyền địa phương
đã tranh thủ huy động mọi nguồn lực để khôi phục và phát triển rừng ngập mặn Được sự quan tâm giúp đỡ tài trợ của các tổ chức quốc
tế, phi chính phủ, của các cơ quan như tổ chức KVT của Hà Lan, ACTMANG Nhật Bản, JICA, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, Cục Bảo tồn đa dạng sinh học thuộc Bộ Tài nguyên Môi trường Đặc biệt là Trung tâm Nghiên cứu Tài nguyên Môi trường - Đại học Quốc gia Hà Nội, và chương trình FGP - PTF của EC/UNDP đã phối hợp cử nhiều đoàn chuyên gia, nhiều cán bộ, các nhà khoa học quan tâm dành nhiều thời gian nghiên cứu hỗ trợ kinh phí, kỹ thuật Nhờ đó diện tích rừng ngập mặn đã được tăng lên đáng kể từ giai đoạn 2010 - 2015 tổng diện tích rừng được
tăng thêm là 910,8ha
Trang 8Hình 2: Biến động rừng ngập mặn huyện Tiên Yên, Quảng Ninh giai đoạn 1994 - 2015
Nhìn chung diện tích rừng ngập mặn giai đoạn
từ năm 1994 - 2015 đã tăng lên đáng kể (tăng
lên 523,2ha), song diện tích tăng lên chủ yếu
là rừng ngập mặn được trồng theo các dự án,
chất lượng còn thấp trong khi đó diện tích
rừng tự nhiên bị mất đi là rất lớn Nguyên
nhân chủ yếu là do con người chuyển đất có
rừng ngập mặn sang các mục đích sử dụng
khác như đắp đầm nuôi tôm, khai thác cây làm
củi đun, xây dựng các nhà máy xí nghiệp, khu
chế xuất, khai thác hải sản thiếu quy hoạch
Bên cạnh đó là sự thiếu trách nhiệm, buông
lỏng trong quản lý, bảo vệ các diện tích rừng
của cộng đồng, các Ban quản lý thôn, của cấp
Uỷ, chính quyền hoặc vì những mục đích cá
nhân khác
4.3 Giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý rừng ngập mặn ven biển huyện Tiên Yên
Kết quả nghiên cứu cho thấy để quản lý, bảo
vệ và phục hồi tốt những cánh rừng ngập mặn theo hướng phát triển bền vững cần phải có những giải pháp cụ thể và có tính thực tiễn cao Bên cạnh đó, vai trò của rừng ngập mặn trong bối cảnh ảnh hưởng tác động của biến đổi khí hậu tới đời sống, kinh tế xã hội và môi trường sinh thái trong khu vực Nghiên cứu đưa ra một số giải pháp cụ thể:
Nhóm giải pháp về công nghệ, kỹ thuật: Kết
quả điều tra cho thấy năng lực và vai trò của các tổ chức cộng đồng chưa được phát huy tối
đa, mặc dù khu vực nghiên cứu đã có nền móng cơ sở khôi phục và bảo vệ rừng ngập
Trang 9mặn, đã có bộ phận chuyên trách, song mới chỉ
dừng lại ở vai trò giám sát các hoạt động của
chính mình dưới sự hỗ trợ từ các tổ chức bên
ngoài Do vậy, việc nâng cao năng lực cũng
như đào tạo khả năng áp dụng những tiến bộ
của khoa học kỹ thuật như sử dụng ảnh vệ tinh
có độ phân giải cao kết hợp với các phần mềm
chuyên dụng bản đồ để theo dõi giám sát, kiểm
kê và cập nhật dữ liệu về hiện trạng rừng, đánh
giá biến động rừng ngập mặn nhằm nâng cao
hiệu quả quản lý rừng ngập mặn
Hỗ trợ các giải pháp về kỹ thuật trồng, phục
hồi và khả năng xúc tiến tái sinh rừng, hình
thành các tổ chức giám sát định kỳ
Nghiên cứu lựa chọn đa dạng loài cây ngập
mặn trồng thích hợp với vùng sinh thái của
từng địa phương Nghiên cứu phương pháp
trồng bằng cây con có bầu, giỏ tre, cây đủ lớn
để có thể sống được trong điều kiện khó khăn
vùng cửa sông ven biển, vùng xói lở mạnh
nghiên cứu có sự đa dạng về bản sắc dân tộc,
nhiều dân tộc thiểu số sinh sống như dân tộc
Dao, Sán Chỉ, Tày, Sán Dìu, Nùng, Hoa và
dân tộc Thái, do vậy có nhiều hạn chế về trình
độ nhận thức, trình độ dân trí và điều kiện kinh
tế Tuy nhiên, qua việc phỏng vấn người dân
có thể thấy các hộ gia đình đều muốn phát
triển kinh tế từ rừng ngập mặn, do vậy cần có
những chính sách hỗ trợ vốn để khuyến khích
sự tham gia của cộng đồng vào việc trồng và
quản lý rừng ngập mặn Phát triển cơ sở hạ
tầng, phục vụ sản xuất và đời sống người dân
trong vùng rừng ngập mặn
Mở các lớp tập huấn, tham quan nhằm nâng
cao nhận thức của cộng đồng về vai trò, ý
nghĩa của rừng ngập mặn Kết quả điều tra cho
thấy thực trạng công tác tuyên truyền còn
nhiều bất cập, trình độ dân trí và nhận thức của
cộng đồng về rừng ngập mặn còn nhiều hạn
chế, nhu cầu của cộng đồng trong việc tiếp cận
tài nguyên rừng ngập mặn cao, do vậy công tác truyền thông là phương pháp không thể thiếu được tại khu vực nghiên cứu Khi nhận thức của cộng đồng được cải thiện, cơ hội tiếp cận với các nguồn tài nguyên rừng ngập mặn tăng lên, sự tiếp cận sẽ trở nên bền vững hơn
và rừng sẽ được bảo vệ tốt hơn Phát triển các
mô hình nuôi trồng thủy sản hiệu quả và bền vững dưới tán rừng ngập mặn để tăng thu nhập cho người dân, ổn định đời sống Đẩy mạnh công tác tuyên truyền nhằm nâng cao ý thức
và khuyến khích sự tham gia của người dân tham gia hoạt động trồng rừng ngập mặn tại địa phương
Nhóm giải pháp về chính sách và vốn: Diện
tích rừng ngập mặn bị mất đi một phần là do nhận thức của người dân chưa tốt nhưng quan trọng nhất vẫn là do họ muốn cải thiện chất lượng cuộc sống bằng việc khai thác và nuôi trồng thủy sản Bởi vậy, muốn trồng và bảo vệ rừng ngập mặn, chính quyền địa phương cần phải có những dự án và chính sách nhằm hỗ trợ người dân về phát triển kinh tế và sinh kế như hỗ trợ kinh phí cho quy hoạch tổng thể bảo vệ và phục hồi rừng ngập mặn trên phạm
vi toàn huyện
Tăng cường sự tham gia của các tổ chức cộng đồng địa phương: Hình thành các tổ chức cấp thôn trực tiếp tham gia quản lý, bảo vệ và phát triển rừng ngập mặn Hỗ trợ kinh phí để xây dựng một số mô hình nuôi trồng thủy hải sản bền vững dưới tán rừng, mô hình phát triển nông nghiệp, chăn nuôi nhằm nâng cao mức sống cho nông dân để từ đó giảm áp lực vào rừng
Tăng cường vận động để thu hút sự đầu tư và
sử dụng có hiệu quả các nguồn vốn của tổ chức quốc tế, nguồn vốn ODA nhằm phục hồi
và phát triển rừng ngập mặn, duy trì tính bảo tồn đa dạng sinh học rừng ngập mặn, xóa đói giảm nghèo và cải thiện sinh kế của người dân sống dựa vào rừng
Trang 10V KẾT LUẬN
Diện tích rừng ngập mặn ven biển huyện Tiên
Yên, tỉnh Quảng Ninh năm 1994 là 3021,6ha
và đối tượng khác là 7929,7ha, trong khi đó
diện tích rừng ngập mặn năm 2015 là
3544,8ha và 7172,6ha là đối tượng khác Độ
chính xác của bản đồ thấp nhất là 83% (năm
2010) và cao nhất 92% vào năm 2015 Kết quả
cho thấy có thể sử dụng dữ liệu ảnh viễn thám
Landsat đa thời gian để đánh giá biến động
diện tích rừng ngập mặn
Diện tích rừng ngập mặn giai đoạn 1994 -
2015 tăng thêm 523,2ha, xong chất lượng diện
tích rừng tăng lên chưa cao và đa số là rừng
ngập mặn được trồng theo các dự án, nhưng
bên cạnh đó diện tích rừng ngập mặn tự nhiên
mất đi khá nhiều Tuy nhiên, nếu nhìn vào
từng giai đoạn cụ thể cho thấy diện tích rừng
ngập mặn mất đi rất nhiều, đặc biệt là giai đoạn 2001 - 2003 và 2008 - 2009 Nguyên nhân diện tích rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu giảm chủ yếu là do người dân chuyển diện tích rừng ngập mặn được giao sang nuôi thủy hải sản
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, đề tài đề xuất
một số giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả bảo
vệ và phát triển rừng ngập mặn ven biển khu
vực nghiên cứu, gồm nhóm giải pháp về quản
lý, nhóm giải pháp về công tác trồng rừng, kỹ thuật và kinh tế xã hội
Cần có các nghiên cứu sâu rộng hơn về biến động và sinh khối, thành phần loài, cấu trúc rừng ngập mặn Ngoài ra, cần sử dụng nhiều chuỗi ảnh viễn thám đa thời gian với độ phân giải cao hơn trong nghiên cứu biến động rừng ngập mặn hay sử dụng đất ven biển
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Alsaaideh, B., Al - Hanbali, A, Tateishi, R., Kobayashi, T., Hoan, N.T, 2013 Mangrove forest mapping in the Southern Part of Japan using Landsat EMT+ with DEM Journal of Geographic Information System 5:369 -
377
2 Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 2014 Quyết định về việc công bố hiện trạng rừng toàn quốc năm
2013, Số 3322/QĐ-BNN-TCLN, Hà Nội
3 Hai - Hoa, N, 2014 The relation of coastal mangrove changes and adjacent land - use: A review in Southeast Asia and Kien Giang, Vietnam Ocean and Coastal Management 90:1 - 10
4 Hai - Hoa, N., McAlpine, C., Pullar, D., Duke, N.C., Johansen, K, 2013 The relationship of spatial - temporal changes in fringe mangrove extent and adjacent land - use: case study of Kien Giang coast, Vietnam Ocean & Coastal Management 76:12 - 22
5 Nguyễn Hải Tuất, Vũ Tiến Hinh, Ngô Kim Khôi, 2006 Giáo trình phân tích thống kê trong lâm nghiệp, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội
6 Phan Nguyên Hồng, 2003 Những nguyên nhân làm suy thoái rừng ngập mặn - Một số phương hướng sử dụng bền vững tài nguyên và môi trường vùng cửa sông ven biển Tuyển tập hội thảo"Thực trạng và giải pháp cho việc bảo vệ bền vững và phát triển rừng ngập mặn ở Việt Nam" Vụ Chính sách Nông nghiệp và Phát triển nông thôn - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Tam Đảo, 29/4/2003: 15 trang
Người thẩm định : PGS.TS Ngô Đình Quế